WO2023166680A1 - トルク配分装置 - Google Patents

Abstract

装置を小さくできるトルク配分装置（１０）を提供する。トルク配分装置は、中心軸（Ｏ）上に連結した第１の出力軸（１１）及び第２の出力軸（１２）と、中心軸を中心に自転する第１から第４のサイドギヤ（１３，１４，１８，２２）と、第１のサイドギヤ及び第２のサイドギヤにかみあう第１のピニオン（１５）と、第１のピニオンと一体に自転し中心軸の周りを公転する第２のピニオン（１６）と、第３のサイドギヤ及び第４のサイドギヤにかみあう第３のピニオン（２３）と、第２のサイドギヤと第３のサイドギヤとの間の回転速度差を変化させる可変装置（４３）と、を備える。第２のピニオンは第３のサイドギヤにかみあい、第１の出力軸は第２のサイドギヤに結合し、第２の出力軸は第４のサイドギヤに結合している。

Description

トルク配分装置

　本発明は、２つの出力軸のトルク配分を調整するトルク配分装置に関する。

　２つの出力軸に配分するトルクを調整するトルク配分装置として、特許文献１に開示された先行技術が知られている。先行技術は、同軸上に配置された２つの出力軸に沿って配置された５台の遊星歯車装置と、５台の遊星歯車装置のうち２台のリングギヤに減速機を介して取り付けられたモーターと、を備えている。

独国特許発明第１０２０１４１１２６０２号明細書

　先行技術は出力軸に沿って５台の遊星歯車装置が並ぶので、装置が大型化するという問題点がある。

　本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、装置を小さくできるトルク配分装置を提供することを目的とする。

　この目的を達成するために本発明のトルク配分装置は、中心軸上に連結した第１の出力軸および第２の出力軸と、中心軸を中心に自転する第１のサイドギヤと、第１の出力軸が結合し中心軸を中心に自転する第２のサイドギヤと、第１のサイドギヤ及び第２のサイドギヤにかみあい、中心軸に垂直な第１軸を中心に自転し中心軸の周りを公転する第１のピニオンと、第１のピニオンと一体に第１軸を中心に自転し中心軸の周りを公転する第２のピニオンと、第２のピニオンにかみあい、中心軸を中心に自転する第３のサイドギヤと、第２の出力軸が結合し中心軸を中心に自転する第４のサイドギヤと、第３のサイドギヤ及び第４のサイドギヤにかみあい、中心軸に直交する第２軸を中心に自転する第３のピニオンと、第２のサイドギヤと第３のサイドギヤとの間の回転速度差を変化させる可変装置と、を備える。

　第１の態様によれば、第１のサイドギヤ及び第２のサイドギヤは中心軸を中心に自転し、第１の出力軸は第２のサイドギヤに結合する。第１のサイドギヤ及び第２のサイドギヤにかみあう第１のピニオンは、中心軸に垂直な第１軸を中心に自転し中心軸の周りを公転する。第２のピニオンは、第１のピニオンと一体に第１軸を中心に自転し中心軸の周りを公転する。第２のピニオンにかみあう第３のサイドギヤ、及び、第２の出力軸が結合する第４のサイドギヤは、中心軸を中心に自転する。第３のサイドギヤ及び第４のサイドギヤにかみあう第３のピニオンは、中心軸に直交する第２軸を中心に自転する。サイドギヤとピニオンとのかみあいによって装置が主に構成されるので、装置を小さくできる。

　第１のサイドギヤからトルクが入力されると、第３のサイドギヤは第２のサイドギヤと逆の向きに回転し、第３のピニオンによって、第４のサイドギヤは第３のサイドギヤと逆の向きに回転する。その結果、第４のサイドギヤは第２のサイドギヤと同じ向きに回転するので、第４のサイドギヤに結合する第２の出力軸は、第２のサイドギヤに結合する第１の出力軸と同じ向きに回転する。可変装置を作動すると第２のサイドギヤと第３のサイドギヤとの間の回転速度差が変化し、２つの出力軸に配分するトルクが変化する。よってトルク配分を調整できる。

　第２の態様によれば、第１の態様において、中心軸を中心に自転する第５のサイドギヤが第２のサイドギヤに結合し、第５のサイドギヤ及び第３のサイドギヤに第４のピニオンがかみあう。可変装置である第２のモーターを作動すると中心軸の周りに第４のピニオンが公転し、第２のサイドギヤと第３のサイドギヤとの間の回転速度差を変化させるトルクが加わる。この動作はサイドギヤとピニオンとのかみあいにより実現されるので、ヒステリシスがないに近い状態でトルクの大きさと方向を制御できる。

　第３の態様によれば、第２の態様において、第３のサイドギヤは、第２のピニオンにかみあう歯面、第３のピニオンにかみあう歯面、及び、第４のピニオンにかみあう歯面が、第３のサイドギヤの歯幅方向に連続している。これにより各ピニオンにかみあうサイドギヤをそれぞれ設けずに済むようにできる。

　第４の態様によれば、第２又は第３の態様において、第２のモーターの回転速度を減速するギヤ機構の一部は、中心軸に沿って延び、第１のサイドギヤにトルクを加える第１のモーターと第２のモーターとの間に位置する。これにより第１のモーター及び第２のモーターを含む範囲が過大にならないようにできる。

一実施の形態におけるトルク配分装置のスケルトン図である。 第１のモーター及び第２のモーターの位置を示す図である。

　以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は一実施の形態におけるトルク配分装置１０のスケルトン図である。トルク配分装置１０は２つの出力軸のトルク配分を調整する装置である。本実施形態では、自動車に配置されたトルク配分装置１０を説明する。

　トルク配分装置１０は、中心軸Ｏ上に連結した第１の出力軸１１及び第２の出力軸１２と、中心軸Ｏを中心に自転する第１のサイドギヤ１３及び第２のサイドギヤ１４と、第１のサイドギヤ１３及び第２のサイドギヤ１４にかみあう第１のピニオン１５と、第１のピニオン１５よりも中心軸Ｏの近くに配置された第２のピニオン１６と、中心軸Ｏを中心に自転する第３のサイドギヤ１８及び第４のサイドギヤ２２と、第３のサイドギヤ１８及び第４のサイドギヤ２２にかみあう第３のピニオン２３と、を備えている。

　トルク配分装置１０は、さらに中心軸Ｏを中心に自転する第５のサイドギヤ３０と、第５のサイドギヤ３０及び第３のサイドギヤ１８にかみあう第４のピニオン３１と、第４のピニオン３１にトルクを加える第２のモーター４３と、を備えている。サイドギヤ１３，１４，１８，２２，３０及びピニオン１５，１６，２３，３１はベベルギヤであり、ベベルギヤ同士のかみあいにより動力の伝達方向を変更する。第２のモーター４３は、第２のサイドギヤ１４と第３のサイドギヤ１８との間の回転速度差を変える可変装置である。

　第１から第５のサイドギヤ１３，１４，１８，２２，３０は、第１のサイドギヤ１３、第４のサイドギヤ２２、第５のサイドギヤ３０、第３のサイドギヤ１８及び第２のサイドギヤ１４の順に、中心軸Ｏに沿って配置されている。第１のサイドギヤ１３の外径は第４のサイドギヤ２２の外径より大きく、第４のサイドギヤ２２の外径は第５のサイドギヤ３０の外径より大きい。第２のサイドギヤ１４の外径は第３のサイドギヤ１８の外径より大きい。

　第１のサイドギヤ１３の歯面は、第４のサイドギヤ２２に近いほど縮径しており、第４のサイドギヤ２２の歯面は、第５のサイドギヤ３０に近いほど縮径している。第５のサイドギヤ３０の歯面は、第３のサイドギヤ１８に近いほど縮径している。第２のサイドギヤ１４の歯面は、第３のサイドギヤ１８に近いほど縮径しており、第３のサイドギヤ１８の歯面１９，２０，２１は、第５のサイドギヤ３０に近いほど縮径している。

　第１のサイドギヤ１３に、中心軸Ｏと同軸に配置された被動ギヤ４４が結合している。第１のモーター４６が駆動する駆動ギヤ４５が、被動ギヤ４４にかみあう。これにより駆動ギヤ４５及び被動ギヤ４４を介して第１のモーター４６のトルクが第１のサイドギヤ１３に入力される。

　第１の出力軸１１は、第２のサイドギヤ１４に中心軸Ｏ上で結合し、かつ、第３のサイドギヤ１８を中心軸Ｏに沿って貫通し第５のサイドギヤ３０に中心軸Ｏ上で結合している。第２の出力軸１２は、第１のサイドギヤ１３を中心軸Ｏに沿って貫通し第４のサイドギヤ２２に中心軸Ｏ上で結合している。第１の出力軸１１及び第２の出力軸１２は、中心軸Ｏ上に連結していれば、軸の全長に亘って同軸である必要はない。第１の出力軸１１及び第２の出力軸１２は、中心軸Ｏに対して角度があっても良い。

　第１の出力軸１１及び第２の出力軸１２には、それぞれ車輪４７が取り付けられている。第１の出力軸１１及び第２の出力軸１２は自動車の駆動軸である。トルク配分装置１０は、第１のモーター４６が駆動する駆動ギヤ４５の回転を減速して車輪４７に伝えると共に、左右の車輪４７の回転速度差を許容しつつ左右の車輪４７にトルクを能動的に配分する。

　第２のピニオン１６は第３のサイドギヤ１８にかみあう。第２のピニオン１６の外径は第１のピニオン１５の外径より小さい。ピニオン１５，１６の歯面は、中心軸Ｏに近いほど縮径している。第２のピニオン１６は、第１のピニオン１５の歯数と異なる歯数を有する。サイドギヤ１３，１４，１８，２２，３０及びピニオン１５，１６の歯数は、減速比などを考慮して適宜設定される。第１のピニオン１５や第２のピニオン１６の数は、第１のモーター４６の最大トルク、自動車の重量や用途などにより１個または複数個がそれぞれ適宜設定される。

　第１軸１７は、第１のピニオン１５と第２のピニオン１６とを連結している。第１軸１７は中心軸Ｏに直交する。第１軸１７によって連結された第１のピニオン１５及び第２のピニオン１６は、一体となって第１軸１７を中心に自転し、一体となって中心軸Ｏの周りを公転する。

　第３のピニオン２３は、第２のピニオン１６よりも中心軸Ｏの近くに配置されている。第３のピニオン２３の外径は第２のピニオン１６の外径より小さい。第３のピニオン２３の歯面は、中心軸Ｏに近いほど縮径している。第３のピニオン２３は、中心軸Ｏに直交する第２軸２４を中心に自転する。第２軸２４は、第３のピニオン２３に対して中心軸Ｏから離れる方向へ延びている。第２軸２４は支持部２５に配置されている。

　支持部２５は、第２のピニオン１６と第３のピニオン２３との間に配置された第１部２６と、第１のサイドギヤ１３と第４のサイドギヤ２２との間に配置された第２部２７と、第１のサイドギヤ１３を中心軸Ｏに沿って貫通する第３部２８と、を備え、それらがつながっている。第１部２６に第３のピニオン２３の第２軸２４が配置されている。第３部２８はトルク配分装置１０のケース２９に固定されているので、支持部２５は中心軸Ｏの周りの回転が規制されている。よって第３のピニオン２３は中心軸Ｏの周りを公転できない。

　第１部２６に取り付けられた第２軸２４は、中心軸Ｏの周りを第１軸１７が公転する軌跡を含む平面４８上に位置する。第２軸２４は、第２のピニオン１６より中心軸Ｏの近くに位置するので、第２のピニオン１６と中心軸Ｏとの間に、第３のピニオン２３を配置するスペースを確保できる。また、平面４８に対し中心軸Ｏの方向に延びる第３部２８が設けられているので、第３部２８を介して支持部２５を容易にケース２９に固定できる。

　第４のピニオン３１は、第３のサイドギヤ１８及び第５のサイドギヤ３０にかみあう。第４のピニオン３１は、第３のピニオン２３よりも中心軸Ｏの近くに配置されている。第４のピニオン３１の外径は第３のピニオン２３の外径より小さい。第４のピニオン３１の歯面は、中心軸Ｏに近いほど縮径している。ピニオン２３，３１の数は、第１のモーター４６の最大トルク、自動車の重量や用途などにより１個または複数個が適宜設定される。

　本実施形態では、第３のサイドギヤ１８は、第２のピニオン１６にかみあう歯面１９と、第３のピニオン２３にかみあう歯面２０と、第４のピニオン３１にかみあう歯面２１と、が第３のサイドギヤ１８の歯幅方向に分かれている。これにより歯形の異なる歯面１９，２０，２１をもつ第３のサイドギヤ１８を簡易に製造できる。

　これに限らず、歯面１９，２０，２１をもつ少なくとも２つ以上のサイドギヤを一体とし第３のサイドギヤ１８としても良い。これにより歯形の異なる歯面１９，２０，２１をもつ第３のサイドギヤ１８を簡易に製造できる。また、歯面１９，２０，２１が歯幅方向に連続した第３のサイドギヤ１８としても良い。これにより第２のピニオン１６にかみあう歯面１９、第３のピニオン２３にかみあう歯面２０、及び、第４のピニオン３１にかみあう歯面２１を分けて設けずに済むようにできる。

　第４のピニオン３１は、中心軸Ｏに直交する第３軸３２を中心に自転する。第３軸３２は、中心軸Ｏを中心に自転するデフケース３３に取り付けられている。デフケース３３には、中心軸Ｏと同軸のリングギヤ３４が一体に設けられている。第２のモーター４３のトルクは、ギヤ機構３５を介してデフケース３３に伝えられる。ギヤ機構３５は、第２のモーター４３の回転速度を減速する。

　ギヤ機構３５は、最終減速ギヤであるリングギヤ３４と、リングギヤ３４にかみあう第１ギヤ３６と、第１ギヤ３６に連結軸３７を介して結合する第２ギヤ３８と、第２ギヤ３８にかみあい中心軸Ｏと同軸上に配置された第３ギヤ３９と、第３ギヤ３９に連結軸４０を介して結合する、中心軸Ｏと同軸上に配置された第４ギヤ４１と、を備えている。第２のモーター４３が駆動する駆動ギヤ４２は第４ギヤ４１にかみあう。第１ギヤ３６は、第２のピニオン１６と第４のピニオン３１との間に配置されている。第２ギヤ３８及び第３ギヤ３９は、第１のサイドギヤ１３と第４のサイドギヤ２２との間に配置されている。

　連結軸３７は中心軸Ｏに沿って配置されている。連結軸４０は、中心軸Ｏに沿って第１のサイドギヤ１３を貫通している。第４ギヤ４１及び駆動ギヤ４２と第１のサイドギヤ１３との間に、被動ギヤ４４及び駆動ギヤ４５が配置されている。ギヤ機構３５は平行軸歯車装置なので、かみあい損失を小さくできる。

　図２は、第１のモーター４６及び第２のモーター４３の位置を示す、中心軸Ｏの方向から見た図である。図２に示すように、中心軸Ｏは第１のモーター４６と第２のモーター４３との間に位置する。第１のモーター４６と第２のモーター４３との間に中心軸Ｏが位置するとは、中心軸Ｏに平行な平面４９上に、第１のモーター４６の回転軸の投影図５１と第２のモーター４３の回転軸の投影図５０との間に中心軸Ｏの投影図５２が位置するように、投影図法によって描くことができることをいう。

　トルク配分装置１０は、ギヤ機構３５のうち連結軸４０が中心軸Ｏに沿って延び、第１のモーター４６と第２のモーター４３との間に中心軸Ｏが位置する。中心軸Ｏを挟んだ両側に第１のモーター４６及び第２のモーター４３がそれぞれ位置するので、中心軸Ｏを境にして片方に第１のモーター４６及び第２のモーター４３が位置する場合に比べ、第１のモーター４６及び第２のモーター４３を含む部分が占める範囲が過大にならないようにできる。

　トルク配分装置１０は、第１のモーター４６のトルクが第１のサイドギヤ１３から入力されると、第１のピニオン１５及び第２のピニオン１６の自転および公転により各ギヤが回転し、第２のサイドギヤ１４及び第４のサイドギヤ２２にトルクを配分する。第３のサイドギヤ１８は第２のサイドギヤ１４と逆の向きに回転し、第２軸２４を中心に自転する第３のピニオン２３によって、第４のサイドギヤ２２は第３のサイドギヤ１８と逆の向きに回転する。その結果、第４のサイドギヤ２２は第２のサイドギヤ１４と同じ向きに回転するので、第４のサイドギヤ２２に結合する第２の出力軸１２は、第２のサイドギヤ１４に結合する第１の出力軸１１と同じ向きに回転する。これにより車輪４７を駆動して自動車は走行する。

　自動車の旋回のとき等に第２のモーター４３を作動すると、第２のサイドギヤ１４と第３のサイドギヤ１８との間の回転速度差が変化し、２つの出力軸１１，１２に配分するトルクが変化する。これにより自動車の旋回制御のパラメータである重心回りのヨーモーメントの制御ができる。

　トルク配分装置１０は、第５のサイドギヤ３０が第２のサイドギヤ１４に結合し、第５のサイドギヤ３０及び第３のサイドギヤ１８に第４のピニオン３１がかみあっている。第２のモーター４３が作動していない状態では、第２のサイドギヤ１４と第３のサイドギヤ１８との間の回転速度差によって、第４のピニオン３１は第３軸３２を中心に自転するが、第３軸３２を支持するデフケース３３は回転が止まっているので、第２のモーター４３に負荷が加わらないようにできる。

　第２のモーター４３を作動するとギヤ機構３５を介してデフケース３３が回転し、第４のピニオン３１は、第３軸３２を中心に自転すると共に中心軸Ｏの周りを公転する。サイドギヤ１８，３０にかみあう第４のピニオン３１の公転によって、第２のサイドギヤ１４と第３のサイドギヤ１８との間の回転速度差を変化させるトルクが加わる。この動作はサイドギヤ１８，３０とピニオン３１とのかみあいにより実現されるので、ヒステリシスがないに近い状態でトルクの大きさと方向を制御し、正確に左右の車輪４７に駆動力を能動的に配分できる。さらにデフケース３３は第２のモーター４３の小さいトルクで回転するので、第２のモーター４３は最大トルクが小さいものを採用できる。

　以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

　実施形態では、第２のサイドギヤ１４と第３のサイドギヤ１８との間の回転速度差を変える可変装置が、モーター４３の場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他の可変装置としてはブレーキが例示される。可変装置がブレーキの場合、第５のサイドギヤ３０、第４のピニオン３１、第３軸３２、デフケース３３、ギヤ機構３５及び第２のモーター４３に代えて、第２のサイドギヤ１４と一体に回転する運動体と、第３のサイドギヤ１８と一体に回転する運動体と、を設ける。ブレーキを作動することにより運動体と静止体との相互作用によって運動体を減速し、第２のサイドギヤ１４と第３のサイドギヤ１８との間の回転速度差を変える。

　実施形態では、第１の出力軸１１及び第２の出力軸１２にそれぞれ車輪４７が取り付けられる場合、すなわち自動車の左右に延びる駆動軸にトルク配分装置１０が設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１の出力軸１１及び第２の出力軸１２を自動車の前後に延びるように配置し、前後に延びる駆動軸（プロペラシャフト）にトルク配分装置１０を設けることは当然可能である。この場合、トルク配分装置１０は前後輪間のトルク配分を調整する。

　実施形態では、第１のサイドギヤ１３にモーター４６の駆動力が加えられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１のサイドギヤ１３にエンジンの駆動力が加えられるようにすることは当然可能である。この場合、エンジンと第１のサイドギヤ１３との間に変速機を介在させることは当然可能である。

　１０　トルク配分装置
　１１　第１の出力軸
　１２　第２の出力軸
　１３　第１のサイドギヤ
　１４　第２のサイドギヤ
　１５　第１のピニオン
　１６　第２のピニオン
　１７　第１軸
　１８　第３のサイドギヤ
　１９，２０，２１　歯面
　２２　第４のサイドギヤ
　２３　第３のピニオン
　２４　第２軸
　３０　第５のサイドギヤ
　３１　第４のピニオン
　３５　ギヤ機構
　４３　第２のモーター（可変装置）
　４６　第１のモーター

Claims (4)

1. 　中心軸上に連結した第１の出力軸および第２の出力軸と、
   　前記中心軸を中心に自転する第１のサイドギヤと、
   　前記第１の出力軸が結合し前記中心軸を中心に自転する第２のサイドギヤと、
   　前記第１のサイドギヤ及び前記第２のサイドギヤにかみあい、前記中心軸に垂直な第１軸を中心に自転し前記中心軸の周りを公転する第１のピニオンと、
   　前記第１のピニオンと一体に前記第１軸を中心に自転し前記中心軸の周りを公転する第２のピニオンと、
   　前記第２のピニオンにかみあい、前記中心軸を中心に自転する第３のサイドギヤと、
   　前記第２の出力軸が結合し前記中心軸を中心に自転する第４のサイドギヤと、
   　前記第３のサイドギヤ及び前記第４のサイドギヤにかみあい、前記中心軸に直交する第２軸を中心に自転する第３のピニオンと、
   　前記第２のサイドギヤと前記第３のサイドギヤとの間の回転速度差を変化させる可変装置と、を備えるトルク配分装置。
2. 　前記第２のサイドギヤに結合し前記中心軸を中心に自転する第５のサイドギヤと、
   　前記第５のサイドギヤ及び前記第３のサイドギヤにかみあう第４のピニオンと、を備え、
   　前記可変装置は、前記中心軸の周りに前記第４のピニオンを公転させる第２のモーターである請求項１記載のトルク配分装置。
3. 　前記第３のサイドギヤは、前記第２のピニオンにかみあう歯面、前記第３のピニオンにかみあう歯面、及び、前記第４のピニオンにかみあう歯面が、前記第３のサイドギヤの歯幅方向に連続している請求項２記載のトルク配分装置。
4. 　前記第２のモーターの回転速度を減速するギヤ機構と、
   　前記第１のサイドギヤにトルクを加える第１のモーターと、を備え、
   　前記ギヤ機構の一部は、前記中心軸に沿って延び、前記第１のモーターと前記第２のモーターとの間に位置する請求項２又は３に記載のトルク配分装置。

Images